CC BY
62
УДК 629.463.3
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2019-10109
РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТЕПРОДУКТОВ И УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В США
THE DEVELOPMENTOF TECHNOLOGY OF RAIL TRANSPORTATION OF LIQUID HYDROCARBON CARGO IN THE UNITED STATES
А.И. Иванов, Р.М. Хусаинов, Б.Н. Мастобаев
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9936-1900,
E-mail: Ivanov_ai@inbox.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5379-9520,
E-mail: mastoba@mail.ru
Резюме: В работе рассмотрены технологии и особенности конструкций железнодорожных цистерн в США. Показаны применяемые технологии и особенные конструкционные решения.
Ключевые слова: нефть, нефтепродукты, цистерна, железнодорожный транспорт.
Для цитирования: Иванов А.И., Хусаинов Р.М., Мастобаев Б.Н. Развитие техники и технологий железнодорожного транспорта США // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 1. С. 43-48.
D0I:10.24411/0131-4270-2019-10109
Первые железнодорожные транспортные компании берут свое начало в середине XIX века, когда были открыты месторождения в Пенсильвании.
С увеличением количества скважин падала цена на нефть. Через четыре года после начала добычи в Пенсильвании нефть упала в цене до 10 центов за баррель. Даже при созданном железнодорожном сообщении стоимость барреля нефти на нефтеперерабатывающем заводе в Кливленде была намного выше, чем стоимость нефти на скважине (фото 1, 2).
Изобретение первых цистерн приписывают братьям Амосу и Джеймсу Денсморам. Конструкция заключалась в установке двух цилиндрических резервуаров из сосновых досок, удерживаемых железными обручами на вагон-платформе (фото 3, 4). Конструкция была впервые построена в 1865 году, а патент был получен в 1866 году.
Вместе с совершенствованием конструкции росла и популярность железнодорожного транспорта. Несмотря на это, остальные виды транспорта оставались высоковостребо-ванными ввиду огромных объемов добываемой нефти.
В 1868 году была выпущена горизонтальная железнодорожная цистерна, пришедшая на смену деревянным вертикальным конструкциям (фото 5).
Горловины цистерн выполнялись очень высокими. Налив производился таким образом, что уровень взлива находился в горловине, это исключало нагрузки от плескания груза. Первые вагоны-цистерны вмещали 80 барр. Вскоре после этого были разработаны конструкции, вмещающие 100 барр.
Anton I. Ivanov, Rustem M. Khusainov, Boris N. Mastobaev
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9936-1900, E-mail: Ivanov_ai@inbox.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5379-9520, E-mail: mastoba@mail.ru
Abstract: The paper discusses the technology and design features of railway tanks in the United States. The applied technologies and special structural solutions are shown.
Keywords: oil, petroleum products, railroad tank car, railway transportation.
For citation: Ivanov A.I., Khusainov R.M., Mastobaev B.N. THE DEVELOPMENTOF TECHNOLOGY OF RAIL TRANSPORTATION OF LIQUID HYDROCARBON CARGO IN THE UNITED STATES Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2019, no. 1, pp. 43-48.
DOI:10.24411/0131-4270-2019-10104
11. Отправка бочек с нефтью с нефтяных месторождений, 1863 год
Металлические клепаные цистерны устанавливались на деревянные вагоны-платформы и закреплялись полосками металла (фото 6).
Одним из первых перспективность горизонтальных цистерн увидел Джон Д. Рокфеллер. В 1869 году он приобрел цистерны Star Tank Line, а затем и компанию целиком для эксклюзивного использования в целях обеспечения грузовых перевозок нефти Standard Oil (фото 7).
К 1878 году компания Standard Oil Tank Car Trust приобрела 3 000 из 3200 существующих вагонов-цистерн и железнодорожную линию, осуществлявшую перевозки нефти в Чикаго
1
• 2019
43
I 6. Вагон-платформа с деревянным настилом I 7. Цистерны Star Tank Line, 1873 год
- Union Tank Line. В 1880 году весь парк железнодорожных цистерн Standard Oil был переименован в Union Tank Line.
14 июля 1891 года в ходе противодействия монополии компании Standard Oil была создана отдельная компания Union Tank Line. В рамках компании продолжилась разработка новых решений для железнодорожного транспорта нефти и нефтепродуктов (фото 8).
В 1901 году инженер Джон Ван Дайк разработал проект стальной цистерны облегченной конструкции, исключающей элементы рамы. Это позволило не только снизить
металлоемкость конструкции, но и повысить полезную нагрузку (фото 9).
Клепаная цистерна закреплялась на платформе на отлитых чугунных «седлах» (фото 10).
Испытания новых цистерн прошли успешно, но не были восприняты общественностью владельцев железных дорог, так как они «выглядели хрупкими». Всего было построено около 100 цистерн такого типа.
Чтобы повысить надежность конструкции, Джон Ван Дайк переработал свой же проект, добавив стальную раму в
нижнюю часть платформы. Это позволило снизить вес еще больше. Цистерна получила название «Х-Саг» (фото 11,12).
Новая, полностью стальная конструкция была запатентована и получила широкое распространение. Тем не менее идея создания полностью стальных цистерн была подхвачена конкурентами, и проект Джона Ван Дайка быстро устарел.
Еще одним большим шагом в развитии железнодорожных цистерн стал выпуск особого типа цистерн с подогревом (фото 13).
18. Клепаная цистерна компании Union Tank Line образца 1891 года с тремя горловинами
10. Чугунное «седло» проекта Джона Ван Дайка, 1901 год
12. Нижняя рама конструкции Джона Ван Дайка, 1902 год
Впервые идея была представлена в 1907 году, но окончательное воплощение получила лишь в 1914-м.
Конструкция включала в себя паровые трубы и тепловую изоляцию из войлока и деревянных рам. Снаружи цистерна была закрыта стальной оболочкой. Эта система позволяла производить операции по сливу и наливу вязких грузов при любой температуре воздуха в любое время года.
В дальнейшем разрабатывались новые технологии эксплуатации. Модель цистерны 1927 года представляет
I 9. Облегченная цистерна Джона Ван Дайка, 1901 год
11. Цистерна типа X-Car, 1902 год
13. Вагон-цистерна с подогревом, 1914 год
115. Типовая железнодорожная цистерна 1931-1941 годов, созданная с применением сварки
18. Станция в Батон-Руже, Лос-Анджелес, США, 1958 год
решения по возможному температурному расширению груза нефтепродуктов в ходе транспортировки (фото 14).
С начала 1930-х в процесс изготовления железнодорожных цистерн стала внедряться сварка. Это позволило увеличить надежность и прочность конструкций. Остаточные напряжения, возникавшие при сварке, снимали нагревом готовых цистерн в огромных печах (фото 15).
Все наработки инженеров за 100 лет (с середины XIX до середины XX века) прошли проверку в ходе Второй мировой войны 1939-1945 годов. За этот период железнодорожный парк, состоявший более чем из 50 000 вагонов-цистерн обеспечивал топливом все виды военной техники.
114. Цистерна типа ЦТ1Х с полостями для расширения нефтегрузов, 1927 год
16. Цистерна типа ЦШ образца 1949 года
17. Цистерна типа РЯОХобразца 1952 года
В послевоенные годы нефтепродукты стали требоваться в мирных целях в объемах даже больших, чем в военное время. Новые марки сталей позволили несколько переработать конструкции цистерн, сделав их более прочными, что сократило количество сварных швов (фото 16, 17).
Особенности коснулись и эксплуатации. Большее число цистерн выводилось в ремонт вместо того, чтобы быть списанными. Для выполнения ремонта сооружались специальные площадки. Одной из таких площадок являлась станция в Батон-Руже, Лос-Анджелес, США (фото 18 и 19).
Особенностью станции был поворотный механизм для перевода вагонов-цистерн с путей на одну из 30 ремонтных
19. Доставка цельносварной цистерны в депо для ремонта 20. Цистерна вместимостью 45 т образца 1958 года
площадок. Длинная пристройка использовалась для обработки цистерн пескоструйными машинами для очистки их от ржавчины и краски.
Построенное из шестигранных стальных панелей (321 шт.), сваренных вместе и усиленных сетью из стальных стержней и труб здание не требовало внутренних опор.
Эксплуатация площадки для ремонта продолжалась до 1980-х годов. Позднее здание было продано.
В конце 1950-х годов началось сооружение больших цистерн. Так, в 1958 году представили цистерну вместимостью 45 т (фото 20).
В 1960 году была представлена уникальная цистерна вместимостью 92 т. Впрочем, распространения такая конструкция не нашла из-за сложности изготовления и внедрения цистерн новых, более совершенных конструкций (фото 21).
Совместно с созданием новых цистерн для транспорта нефти и нефтепродуктов, создавались и совершенствовались особые виды цистерн. Так, в 1963 году была создана цистерна для транспорта сжиженных углеводородных газов и аммиака емкостью 190 м3, длиной 27 м. Установлена цистерна была на колесной базе из 16 колес (фото 22).
В 1965 году была создана особая цистерна двустенного типа для транспорта жидкостей, восприимчивых к изменению температур. Межстенное пространство заполнялось полиуретаном (фото 23).
Сложившийся облик цистерн сохраняется и по настоящее время. Изменениям подвергаются лишь отдельные части вагона-цистерны в рамках особых проектов. Так, в конце XX века распространение получили восьмиосные цистерны, используемые для транспорта этиленгликоля и других химических веществ (фото 24).
Достижения техники и технологий, внедренные в конструкции железнодорожных цистерн, послужили основами для современных решений и используются по сей день.
I 21. Цистерна вместимостью 92 т образца 1960 года
22. Цистерна для транспорта сжиженных углеводородных газов и аммиака образца 1963 года
23. Теплоизолированная цистерна образца 1965 года
124. Восьмиосная железнодорожная цистерна для транспорта этиленгликоля образца 1997 года
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bacon, Raymond F. and Hamor, William A., 1916, The American Petroleum Industry, McGraw-Hill Book Company, 446 pp.
2. Bolles, Albert S., 1893, Petroleum, Its Production and Products in Pennsylvania, Report of the Bureau of Industrial Statistics, 208 pp.
3. Day, David T., ed., 1922, A Handbook of the Petroleum Industry, John Wiley & Sons, New York, vol. 1, 964 pp.
4. Giddens, Paul H., 1938, The Birth of the Oil Industry, The Macmillan Company, New York, 216 pp.
5. Giddens, Paul H., 1947, Pennsylvania Petroleum, 1750-1872, Commonwealth of Pennsylvania, 420 pp.
6. Giddens, Paul H., 1948, Early Days of Oil, Princeton University Press, New Jersey, 150 pp.
7. Kemm, J.O., 1958, Let s Talk Petroleum, The Mycroft Press, Missouri, 170 pp.
8. Oil City Derrick & The Oil & Gas Journal, 1934, The Petroleum Industry 1859-1934, 268 pp.
9. Shell Limited, 1959, The Petroleum Handbook, Shell International Petroleum Company Limited, 678 pp.
10. Shippen Evans W., 1910, edited by S.T. Pees, Memoir, In The Oil Business in Pennsylvania, 1860-1865, in press.
11. Smiley, Alfred W. 1906, A Few Scraps Oily and Otherwise, Derrick Publishing Co., 220 pp.
12. Stepping Stones, 1975, Volume 19, Number 1, Warren County Historical Society, p. 584.
13. Williamson, Harold F. and Daum, Arnold R., 1959, The American Petroleum Industry, Northwestern University Press, 864 pp.
REFERENCES
1. Bacon, Raymond F., Hamor, William A. The American petroleum industry. McGraw-Hill Book Company Publ., 1916. 446 p.
2. Bolles, Albert S. Petroleum, Its production and products in Pennsylvania, Report of the Bureau of Industrial Statistics. 1893. 208 p.
3. Day, David T. A Handbook of the petroleum industry. New York, John Wiley & Sons Publ., 1922, vol. 1. 964 p.
4. Giddens, Paul H. The birth of the oil industry. New York, The Macmillan Company Publ., 1938. 216 p.
5. Giddens, Paul H. Pennsylvania petroleum, 1750-1872. Commonwealth of Pennsylvania Publ., 1947. 420 p.
6. Giddens, Paul H. Early Days of Oil. New Jersey, Princeton University Press Publ., 1948. 150 p.
7. Kemm, J.O. Let's talk petroleum. Missouri, The Mycroft Press Publ., 1958. 170 p.
8. The petroleum industry. Oil City Derrick & The Oil & Gas Journal, 1934, 268 p.
9. The Petroleum Handbook. Shell International Petroleum Company Limited Publ., 1959. 678 p.
10. Shippen Evans W. Memoir, in the oil business in Pennsylvania, 1860-1865. 1910.
11. Smiley, Alfred W. A few scraps oily and otherwise. Derrick Publ. Co. 1906. 220 p.
12. Stepping Stones. Warren County Historical Society Publ., 1975. p. 584.
13.Williamson, Harold F., Daum, Arnold R. The American Petroleum Industry. Northwestern University Press Publ., 1959. 864 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Иванов Антон Игоревич, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Хусаинов Рустам Маратович, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Мастобаев Борис Николаевич, д.т.н., проф., завкафедрой транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Anton I. Ivanov, Cand. Sci. (Tech.), Associate Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Rustem M. Khusainov, PhD Student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Boris N. Mastobaev, Dr. Sci (Tech.), Prof., Head of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
